2019年上半年已經(jīng)過去了！這半年激光光學的研究有什么值得我們銘記的呢？光電資訊公眾號為大家整理了相關的內(nèi)容，有興趣的朋友們可以看看！

激光助力實現(xiàn)

室溫下固態(tài)可編程的量子處理器

近日，中國科學技術大學杜江峰院士團隊利用金剛石中的電子自旋與核自旋作為兩量子比特體系，首次實現(xiàn)了室溫固態(tài)自旋可編程量子處理器。

研究人員利用綠色激光脈沖實現(xiàn)該量子處理器的初始化和讀出功能，并利用一系列高精度的微波與射頻脈沖序列來執(zhí)行量子算法。設計了一類普適量子線路，將一系列量子算法的執(zhí)行轉(zhuǎn)化成為相應的微波和射頻脈沖的幅度和相位參數(shù)。用戶僅需要對這一系列參數(shù)進行有效配置，就可以完成多種量子算法，避免了煩瑣而且昂貴的硬件重設。

研究人員在新研制出的這款可編程量子處理器上，成功運行了多種量子算法，成功率超過80％。預期未來通過提升量子處理器材料性能，將有助于進一步提升算法成功率。

該研究展示了可編程量子處理器的靈活性，向構(gòu)筑室溫固態(tài)量子計算邁出了重要一步。研究成果已發(fā)表在國際學術期刊《npj量子信息》上。

麻省理工研究人員

造出世界上最純粹的激光

據(jù)外媒報道稱，麻省理工學院的一組科研人員制造出了世界上最純粹的激光。

這一設備足夠便攜，可以在太空中使用。與其他任何激光相比，它所產(chǎn)生的激光光束隨時間推移而發(fā)生的變化更小。

正常情況下，溫度變化和其他環(huán)境因素導致激光光束在不同波長之間搖擺。研究人員把這種擺動稱為“線寬”，以赫茲或每秒周期來表示。其他高端激光器的線寬通常在1000至10000赫茲之間，而這種激光的線寬只有20赫茲。

據(jù)悉，為了達到這種極端的純度，研究人員使用了6．6英尺（約合2米）的光纖，已知這種光纖產(chǎn)生的激光束線寬極低。然后，他們通過讓激光不斷對照過去的波長檢查當前的波長，并糾正出現(xiàn)的任何錯誤，進一步改善了線寬。

研究人員表示，這項創(chuàng)造意義重大，因高線寬是依賴于激光束的精密裝置的誤差來源之一。高線寬的原子鐘或引力波探測器無法產(chǎn)生低線寬相應產(chǎn)品那么好的信號，從而混淆該設備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

此外，研究人員正努力使這種設備進一步小型化，將來或用于建造更大、更精確的引力波探測器。

俄科學家借助選擇性激光融化技術

開發(fā)出航空航天用耐熱高強度合金

俄羅斯國家技術研究大學莫斯科國立鋼鐵合金學院與俄羅斯鋁業(yè)聯(lián)合公司負責輕型材料和技術研究的科研人員合作，利用新型加工和生產(chǎn)方法制造出了耐熱高強度合金，這種合金能夠確保汽車和飛機的結(jié)構(gòu)配件在高溫下良好運轉(zhuǎn)。相關研究論文發(fā)表在《材料通訊》雜志上。

由基于鋁硅系統(tǒng)的合金制成的金屬零配件在室溫下具有很高的強度，該類合金是按照選擇性激光融化（SLM）技術合成的。但通常這類合金無法在200攝氏度以上的溫度下確保高強度性。

俄羅斯國家技術研究大學莫斯科國立鋼鐵合金學院副教授、論文作者之一亞歷山大·丘柳莫夫介紹說，熱裂縫、粉末粒子不熔于合金等缺陷，是選擇性激光融化技術生產(chǎn)零配件的典型問題。為此，研究人員開發(fā)出了選擇性激光融化的高效率狀態(tài)，確保合成材料的體密度從理論上來說處于99．8％的水平，在這一過程中合金的高強度由不同階段形成合金的小型材料結(jié)構(gòu)來保證。

有關專家指出，新型合金材料可用于形狀復雜且?guī)в凶罴褞缀螀��?shù)的汽車、航空航天技術設備零配件的制造。

研究人員利用強激光

提升太赫茲脈沖能量

中國科學院物理研究所／北京凝聚態(tài)物理國家研究中心光物理重點實驗室L05組李玉同研究員和上海交通大學張杰院士／廖國前等人組成的研究團隊，對強激光－固體靶相互作用產(chǎn)生太赫茲輻射的新途徑進行了探索。在前期利用激光加速的高能電子激發(fā)太赫茲渡越輻射工作的基礎上，最近在與英國盧瑟福實驗室David Neely教授等人進行的聯(lián)合實驗中，大幅提升了太赫茲脈沖能量，創(chuàng)造了新的世界紀錄。

據(jù)了解，太赫茲輻射位于中紅外和微波輻射之間，由于其單光子能量低和譜“指紋性”等獨特優(yōu)勢，在材料科學、生物醫(yī)療和國防安全等領域具有重要應用。

然而，大能量太赫茲輻射源的缺乏是限制太赫茲科學和應用發(fā)展的關鍵瓶頸問題之一。有多種電子學和光學的方法可以獲得太赫茲輻射，目前為止，公開報道的太赫茲脈沖能量均小于毫焦。

實驗是在盧瑟福實驗室的Vulcan激光裝置進行的，實驗方案由中方提出。利用皮秒超強激光裝置，他們首先在固體薄膜靶中加速大量高能電子，之后，當電子從靶背面逃逸到真空時，通過渡越輻射，激發(fā)了高強度太赫茲輻射。實驗表明，太赫茲脈沖能量高達50 mJ，這是迄今為止在實驗室中獲得的最高太赫茲能量。

相關研究結(jié)果近期發(fā)表在美國科學院院刊PNAS上。

化學所在有機全色激光顯示

方面取得進展

激光顯示技術是繼黑白顯示、彩色顯示、數(shù)字顯示之后的第四代顯示技術，具有全色域、高亮度、極限高清、真3D等顛覆性優(yōu)勢。

然而，這種利用投影三基色激光的方式限制了激光顯示在手機等平板領域的應用。將紅綠藍三色的微納激光作為單個像素，構(gòu)建主動發(fā)光的全色激光陣列作為顯示面板，是發(fā)展平板激光顯示的關鍵。

中科院化學研究所光化學重點實驗室研究員趙永生課題組科研人員多年來一直致力于有機微納激光材料與器件方面的研究，在有機微納諧振腔結(jié)構(gòu)的可控組裝，有機微納激光材料的激發(fā)態(tài)過程，以及有機柔性微納激光陣列等方面開展了系統(tǒng)的研究工作。

近日，研究人員充分發(fā)揮有機材料在溶液加工方面的優(yōu)勢，利用噴墨打印的方式精準構(gòu)建了紅綠藍微納激光陣列作為顯示面板，實現(xiàn)了主動發(fā)光激光顯示，解決了當前激光投影顯示無法用于手機、平板、可穿戴設備等領域的問題。

制得的面板上，每個像素點都由三個獨立的紅綠藍激光器組成。遠場圖像表明，這樣制備的像素點具有良好的混色效果，且色域覆蓋范圍超過標準RGB空間的45％。在一塊3×5陣列面板上實現(xiàn)了三原色的數(shù)字顯示，通過顏色混合可以得到其他的各種顏色。除數(shù)字外，該面板還能夠?qū)崿F(xiàn)所有字母的混色顯示。進一步地，選用較大面積的陣列面板能夠動態(tài)顯示更加復雜的圖案。利用這種主動發(fā)光的激光面板還可以實現(xiàn)圖案的動態(tài)顯示，用于信息滾動播出、視頻播放等。該工作為發(fā)展高性能、易加工的平板激光顯示及照明器件提供了一種可行的解決方案。

相關研究成果已發(fā)表于《自然－通訊》上。

俄科學家利用單激光技術

在金屬上打印彩色圖像

雖然科學家已經(jīng)可以使用激光在金屬表面上創(chuàng)建彩色圖像，但是不同類型的激光必須用于不同的效果。日前俄羅斯科學家開發(fā)出一種使用單一激光產(chǎn)生多種效果的方法。

圣彼得堡國立信息技術、機械與光學大學（ITMO）大學的研究人員通過改變激光器的“加工參數(shù)”，使他們能夠控制在寬溫度范圍內(nèi)加熱金屬表面的程度，這樣能以三種方式產(chǎn)生彩色圖像。

第一種方法是將激光用于在金屬表面的寬區(qū)域上產(chǎn)生薄氧化膜。由于其中發(fā)生的光干涉，該膠片隨后顯示為給定的顏色。

在第二種方法中，激光在金屬上產(chǎn)生亞波長納米顆粒。當這些粒子被環(huán)境光擊中時，稱為表面等離子體共振的光學現(xiàn)象使得處理區(qū)域呈現(xiàn)某種顏色——通過選擇不同形狀或尺寸的納米粒子來確定該顏色�？茖W家認為該方法適用于貴重金屬，因為它不需要對材料進行預處理。

最后，第三個方法是利用激光來部分熔化金屬的表面層，形成一系列精細的平行凹槽。這種圖案稱為周期性光柵，以這樣的方式散射光，即表面根據(jù)觀察角度呈現(xiàn)不同的顏色。該方法可用于防偽標簽，其可以直接印刷到金屬產(chǎn)品上。

目前，激光氧化和周期性光柵工藝已經(jīng)足夠?qū)嵱煤涂煽�，可用于大�?guī)模生產(chǎn)和個別項目�？茖W家們正在繼續(xù)開發(fā)納米粒子工藝，以使其在日常使用中更穩(wěn)定。

激光新技術誕生：

可殺死血液中的癌細胞

事實上，科學家都在尋找治療癌癥的辦法，而現(xiàn)在一種全新的激光技術誕生，其可以殺死癌細胞。

據(jù)悉，Cytophone激光技術使用激光脈沖轟擊外部皮膚，加熱血液中的細胞，但是這種激光僅能加熱黑色素瘤細胞，而不是健康細胞，因為黑色素瘤細胞攜帶著可以吸收光線的黑色素，之后該技術使用超聲波檢測這種熱效應發(fā)出的微小波。

科學家給出的工作原理是，當黑色素吸收熱量時，細胞內(nèi)黑色素周圍的水分開始蒸發(fā)，產(chǎn)生一個氣泡，這個氣泡會膨脹和破裂，機械地破壞細胞，通過殺死這些細胞，可以防止轉(zhuǎn)移性癌癥擴散，下步將進行更多的研究，進一步優(yōu)化該設備，在對其他細胞無害的情況下殺死更多的腫瘤細胞。

盡管激光距離成為商業(yè)診斷工具仍有一段距離，但是它的靈敏度比目前用于檢測血液中腫瘤細胞的方法強1000倍。

目前，研究人員還未對黑皮膚、黑色素水平較高的人群進行測試，研究小組希望擴大這項技術的應用范圍，尋找黑色素瘤之外癌癥釋放的循環(huán)腫瘤細胞。

我國科學家研制出

新型銻化物半導體量子阱激光器

據(jù)科技部消息，在國家973計劃、國家自然科學基金委重大項目等支持下，中國科學院半導體研究所牛智川研究員團隊深入研究銻化物半導體材料的基礎物理、異質(zhì)結(jié)低維材料外延生長和光電器件的制備技術等，突破了銻化物量子阱激光器的刻蝕與鈍化等核心工藝技術。

在此基礎上，研究團隊創(chuàng)新設計金屬光柵側(cè)向耦合分布反饋（LC－DFB）結(jié)構(gòu)，成功實現(xiàn)了2μm波段高性能單模激光器，邊模抑制比達到53dB，是目前同類器件的最高值；而且輸出功率達到40mW，是目前同類器件的3倍以上。在銻化物量子阱大功率激光器方面， FP腔量子阱大功率激光器單管和巴條組件分別實現(xiàn)1.62瓦和16瓦的室溫連續(xù)輸出功率，綜合性能達到國際一流水平并突破國外高端激光器進口限制性能的規(guī)定條款。

該研究成果攻克了短波紅外激光器領域關鍵技術，在危險氣體檢測、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療與激光加工等諸多高新技術產(chǎn)業(yè)具有非常廣闊的應用價值。

美國六代機激光武器研發(fā)

取得重大突破

近日，美國空軍研究實驗室宣布，該實驗室主導研制的“自防護高能激光演示驗證器”在4月底的試驗中成功擊落了數(shù)枚飛行中的空空導彈，標志著該型高能激光演示取得里程碑式的進展，同時這也表明承包該型激光武器的洛·馬、波音和諾·格三大軍火巨頭很快就會將激光武器系統(tǒng)從演示驗證轉(zhuǎn)入實用部署階段，正在研發(fā)中的六代機也將搭載這種激光武器。

美國空軍的激光武器系統(tǒng)研制分為兩個階段，第一階段是美國空軍實驗室主導的“自防護高能激光演示驗證器”項目，這個階段主要是演示驗證激光武器系統(tǒng)的可操作性，證明該系統(tǒng)具有實戰(zhàn)價值。在演示驗證階段，美國空軍研究實驗室將整合美國三大軍火巨頭的激光武器子系統(tǒng)（能源、激光吊艙、激光波束控制系統(tǒng)），分階段在地面和空中演示“自防護高能激光演示驗證器”，目前地面部分試驗已經(jīng)接近完成，下一步將開展激光吊艙的空中試驗，計劃在2021年財年完成。

第二階段是實用化激光武器研制，研發(fā)工作將由洛克希德馬丁公司主導，波音和諾·格公司也參與其中，負責提供激光武器的子系統(tǒng)，研制成果將安裝在美軍高價值軍用飛機（預警機、加油機、要員專機）和戰(zhàn)斗機上，如果屆時解決能源和熱管理技術難題的話，激光武器還將成為美軍戰(zhàn)斗機的標配，毫無疑問正在研制中的下一代戰(zhàn)斗機將率先搭載激光武器。根據(jù)洛馬公司的計劃，可以安裝在戰(zhàn)斗機上的小型化激光武器系統(tǒng)將在2021年進行空中展示。

我國成功研制新型“探霾”激光雷達

日前，由中科院合肥物質(zhì)科學研究院牽頭研制的新型“探霾”激光雷達項目，通過了由科技部組織的綜合驗收。據(jù)悉該項目打破了發(fā)達國家對激光雷達核心技術的壟斷，可實時監(jiān)測10公里高空范圍內(nèi)的霧霾分布并分析其成分，目前已在國內(nèi)多個區(qū)域組網(wǎng)觀測。

激光雷達是探測霧霾的先進技術手段，但之前我國不掌握核心技術，只能從國外整機進口。2011年以來，由中國工程院院士、中科院合肥物質(zhì)科學研究院安徽光機所所長劉文清作為項目負責人，國家重大科學儀器設備開發(fā)專項“大氣細粒子與臭氧時空探測激光雷達系統(tǒng)研發(fā)與應用示范”項目啟動攻關，在雷達光源、瞬態(tài)記錄儀和雷達數(shù)據(jù)應用等研究方面取得多項重大突破。

PM2.5與臭氧是霧霾的兩大主要成分，大氣細粒子與臭氧時空探測激光雷達可以從地面到10公里高空范圍內(nèi)，實時探測這兩種成分的高度分布、濃度分布等指標。“準確知道了霧霾的成分、從哪里來、到哪里去，有助于解析污染的成因，精準制定治霾的策略。”項目執(zhí)行負責人張?zhí)焓嫜芯繂T說。

據(jù)了解，該項目打破了發(fā)達國家對激光雷達核心技術的壟斷，成功實現(xiàn)了整機國產(chǎn)化，并在產(chǎn)品應用方面走在國際前列。目前在京津冀、長三角、珠三角、川渝等人口密集區(qū)，均已規(guī)模化布局組網(wǎng)，實時監(jiān)測空氣質(zhì)量。

科學家用X射線激光器創(chuàng)造出

迄今為止最響亮的水下聲音

在空氣中，聲音最大不能超過大約194分貝，而在水中大約是270分貝。

日前，由SLAC國家加速器實驗室和斯坦福大學的科學家Gabriel Blaj領導的團隊創(chuàng)造出迄今為止最大的水下聲音。

研究人員使用SLAC的Linac相干光源（LCLS）X射線激光器轟擊微噴射水流（直徑在14到30微米之間），創(chuàng)造超過270分貝的令人難以置信的聲壓。

當短X射線脈沖撞擊水時，它會蒸發(fā)并產(chǎn)生沖擊波。然后，這個沖擊波穿過噴射器并在由高壓和低壓交替區(qū)域組成的“沖擊波列車”中形成自身的副本。換句話說，一個非常響亮的水下聲音。

該團隊發(fā)現(xiàn)，一旦聲音的強度超過一定的閾值，水就會破裂并變成小氣泡，這些氣泡會在一個叫做氣蝕的過程中立即坍塌。因為X射線產(chǎn)生的聲波中的壓力剛好低于分離閾值，這個時候的水下聲音會變得最為響亮。

該研究成果已發(fā)表在Physical Review Fluids上。

合肥研究院利用準分子激光技術

提升鈣鈦礦太陽電池性能

中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院安徽光學精密機械研究所激光技術中心研究員方曉東課題組在利用準分子激光技術提升鈣鈦礦太陽電池（Perovskite solar cells，以下簡稱PSCs）性能研究方面取得新進展。

PSCs自2009年被首次報道以來發(fā)展迅速，目前其光電轉(zhuǎn)換效率已超越多晶硅太陽電池，達到了24.2%，極具應用前景。PSCs的光吸收層有機無機雜化鈣鈦礦薄膜通常采用溶液方法在低溫（＜150℃）下制備，既可構(gòu)筑剛性太陽電池又具有發(fā)展柔性太陽電池的天然優(yōu)勢。但溶液方法制備的鈣鈦礦薄膜表面會存在大量的缺陷，造成光生載流子的復合，阻礙電池性能的進一步提高。同時，目前PSCs常用電子傳輸層的制備過程需要在400~500℃的溫度下退火晶化，而此溫度超過了常用柔性基底能夠承受的溫度，制約了柔性PSCs的發(fā)展。

針對上述存在的問題，結(jié)合準分子激光光子能量高、單脈沖能量大、脈沖時間短、光斑面積大且能量分布均勻和熱效應小等特點，該課題組將準分子激光技術引入PSCs研究中，通過準分子激光輻照有效降低了鈣鈦礦薄膜的表面缺陷濃度，實現(xiàn)了電子傳輸層的低溫準分子激光退火。

該課題組副研究員王時茂和博士生單雪燕等使用248nm（KrF）準分子激光輻照CH3NH3PbI3薄膜對其進行表面改性。改性后的CH3NH3PbI3薄膜缺陷濃度從1.61×1016cm-3降至5.81×1015cm-3，瞬態(tài)熒光壽命測試表明光照下薄膜中光生載流子的非輻射復合得到了有效抑制，電池的光電轉(zhuǎn)換效率也得到了明顯提升。相關研究成果以《采用248nm KrF準分子激光對CH3NH3PbI3薄膜進行快速表面改性增強鈣鈦礦太陽電池性能》為題發(fā)表于Advanced Materials 雜志子刊Solar RRL上。

該課題組副研究員董偉偉和博士生夏銳等首次將準分子激光退火（Excimer laser annealing, ELA）技術應用到PSCs電子傳輸層的制備中，使用308 nm（XeCl）準分子激光對磁控濺射制備的鎵摻雜的氧化鋅（GZO）電子傳輸層進行退火處理。ELA處理后，GZO薄膜的結(jié)晶性、透過率和電導率，以及基于其的PSCs的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性得到了顯著提升。相關成果以《鈣鈦礦太陽電池Ga摻雜ZnO電子傳輸層的準分子激光退火》為題發(fā)表于RSC Advances上。

上述兩項研究成果均與現(xiàn)有低溫多晶硅退火技術兼容，可望應用于未來商業(yè)化硬質(zhì)和柔性PSCs的生產(chǎn)。

美國空軍成功試驗一套

能擊落導彈的激光系統(tǒng)

據(jù)外媒報道，日前，美國空軍宣布成功使用一套激光武器系統(tǒng)擊落了飛行中的多枚導彈。按照設計，該系統(tǒng)最終將安裝在飛機上，以保護飛機免遭攻擊。

這套系統(tǒng)名為“自我保護高能激光演示器（SHiELD）”，包括3個主要組成部分：激光系統(tǒng)、瞄準所用的控制系統(tǒng)以及將為所有部件提供動力的吊艙——吊艙將安裝在飛機上，具有精度極高、可即時擊中目標、沒有攜彈量限制、飛行員能迅速進行重新瞄準對付其他目標、傳統(tǒng)反制措施或?qū)ζ錈o效的優(yōu)點。

美空軍研究實驗所4月在新墨西哥州的美國陸軍白沙導彈靶場進行了這次試驗。該系統(tǒng)從地面發(fā)射激光，擊落了“多枚飛行中的空射導彈”。

美空軍研究實驗所指揮官威廉·庫利少將表示，此次試驗是“定向能系統(tǒng)和針對敵方威脅的防護措施向前邁出的一大步”。

廣東中晶開發(fā)出新型激光級光學材料

近日，廣東中晶激光照明技術有限公司（以下簡稱“中晶”）突破了傳統(tǒng)光源眩光嚴重、質(zhì)感不強等問題，率先開發(fā)出新一代的高清照明技術，該技術已獲得全球?qū)＠��?/p>

目前，傳統(tǒng)的光源技術是通過一種光去激發(fā)熒光粉體后發(fā)出白光，而這種粉體并不是單一的物質(zhì)。不同物質(zhì)的反射率和折射率是不一樣的。所以，它出來的光線都是雜散的。這樣視覺神經(jīng)需要反復調(diào)節(jié)識別不同的光線，相當于人眼細胞不停地來回運動，容易使人眼脹、眼澀和眼疲勞。

為了解決傳統(tǒng)光源的雜散光導致眼疲勞問題，中晶創(chuàng)業(yè)團隊經(jīng)過長達6年的研發(fā)，開發(fā)出一種新型的激光級光學材料，并通過該材料開發(fā)出高清照明技術，能夠理順雜散光，把不同方向的雜散光聚攏，變成同一方向的聚集光線。

光線聚攏，人眼就能輕易看清楚事物，從而降低視覺疲勞，而且出光清澈，與自然光無異，真正呵護雙眼。

目前，該技術已被中晶應用于Yeecat夜貓系列高清讀寫臺燈中，短短一個多月就大賣近2萬臺，并在國內(nèi)簽下多家區(qū)域代理。同時，中晶已全力開發(fā)海外市場，與多家海外知名品牌達成戰(zhàn)略合作。

IntraMicron公司將為美國海軍

研發(fā)激光武器高能電池

據(jù)外媒報道，位于阿拉巴馬州奧本市的IntraMicron公司將為美國海軍研發(fā)下一代艦載雷達、高能激光武器、軌道炮、航母電動彈射器和艦艇推進系統(tǒng)使用的高能電池。

美國海軍水面作戰(zhàn)中心指出，未來需要用1千伏的直流電源為艦載武器系統(tǒng)蓄電池充電。美國海軍水面作戰(zhàn)中心費城機械研究與消音分部表示，愿與IntraMicron公司簽訂使用相變微纖多孔材料（MFM－PCM）研發(fā)1千伏電池機柜及其熱管理系統(tǒng)的獨家合同。

此項研究計劃中，費城機械研究與消音分部將負責為艦載激光武器以及其他用電設備研制高能配電系統(tǒng)。

量子阱激光器獲重要進展

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，中國科學院半導體研究所超晶格國家重點實驗室牛智川研究員團隊在銻化物半導體單模和大功率量子阱激光器研究方面取得重要進展。

近年來，牛智川研究員帶領的研究團隊在國家973重大科學研究計劃、國家自然科學基金委重大項目及重點項目等的支持下，深入研究了銻化物半導體的材料基礎物理、異質(zhì)結(jié)低維材料外延生長和光電器件的制備技術等，系統(tǒng)性掌握了銻化物量子阱、超晶格低維材料物理特性理論分析和分子束外延生長方法，在突破了銻化物量子阱激光器的刻蝕與鈍化等核心工藝技術基礎上，創(chuàng)新設計金屬光柵側(cè)向耦合分布反饋（LC-DFB）結(jié)構(gòu)成功實現(xiàn)了2μm波段高性能單模激光器，邊模抑制比達到53dB是目前同類器件的最高值，同時輸出功率達到40mW是目前同類器件的3倍以上。相關成果在Appl．Phys．Lett．114，021102（2019）發(fā)表后立刻被國際著名《化合物半導體，Compound Semiconductor 2019年第2期》長篇報道，指出：“該單模激光器開創(chuàng)性提升邊模抑制比，為天基衛(wèi)星載激光雷達（LiDAR）系統(tǒng)和氣體檢測系統(tǒng)提供了有競爭力的光源器件”。

在銻化物量子阱大功率激光器方面，研究團隊創(chuàng)新采用數(shù)字合金法生長波導層等關鍵技術，研制成功2μm波段的InGaSb／AlGaAsSb應變量子阱大功率激光器，其單管器件的室溫連續(xù)輸出功率達到1.62瓦、巴條（線陣）激光器組件的室溫連續(xù)輸出功率16瓦，綜合性能達到國際一流水平并突破國外高功率半導體激光器出口限制規(guī)定的性能條款。

GaSb基InGaAsSb晶格匹配異質(zhì)結(jié)量子阱的能帶帶隙可調(diào)范圍覆蓋了1.8μm～4.0μm的短波紅外區(qū)域，與該波段的其它激光材料體系相比其在研制電直接驅(qū)動下高光電效率的激光器方面具有獨特的優(yōu)勢。

隨著銻化物多元素復雜低維材料分子束外延技術的不斷進步，國際上銻化物半導體相關的材料與光電器件技術創(chuàng)新發(fā)展十分迅速。上述銻化物半導體激光器研究成果突破了短波紅外激光器技術領域長期卡脖子核心技術，將在危險氣體檢測、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療與激光加工等諸多高新技術產(chǎn)業(yè)發(fā)揮重要價值。

合肥研究院在2.79μm高重復頻率高峰值

功率調(diào)Q激光器研究中取得進展

近期，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院醫(yī)學物理與技術中心醫(yī)用激光技術研究室研究員江海河課題組在2.79μm調(diào)Q激光器方面取得新進展。

據(jù)了解，3μm波段位于水的吸收峰與紅外光譜指紋區(qū)內(nèi)，它在生物醫(yī)學、大氣遙感、光電對抗等領域有著廣闊的應用前景。高峰值功率3μm調(diào)Q激光器還可以作為光參量振蕩器（OPO）的泵浦源，高效率地產(chǎn)生可調(diào)諧中紅外參量激光，將相干光源拓展到中紅外波段。高重復頻率、高峰值功率中紅外激光不僅可以提高生物消融速率，而且還可以增強遠程大氣環(huán)境探測靈敏度和距離。因此，發(fā)展高重復頻率、高峰值功率調(diào)Q激光技術已成為該領域重要發(fā)展方向。

然而，由于3 μm激光晶體的增益系數(shù)與熱導率較低，在高功率泵浦條件下會出現(xiàn)嚴重的熱透鏡與熱退偏效應，同時由于缺乏高透過率、高損傷閾值的聲光調(diào)Q開關，從而難以獲得高重復頻率、高峰值功率的調(diào)Q激光輸出。

針對以上問題，研究人員使用在3μm波段具有相對低的泵浦閾值、較高斜率效率的Er：YSGG激光晶體，采用966 nm半導體激光器（LD）作為泵浦源，使得泵浦光發(fā)射帶與激光晶體鉺離子吸收帶具有很好的光譜匹配，提高了泵浦效率，降低激光晶體熱效應。通過諧振腔優(yōu)化設計補償熱透鏡效應，使用2.79 μm高損傷閾值的非偏振TeO2聲光調(diào)Q開關，避免了電光調(diào)Q熱退偏效應帶來的損耗。在重復頻率100－300Hz條件下，獲得2.79μm高重頻調(diào)Q激光輸出，其中最大激光脈沖能量達到1mJ，最高峰值功率達13.2 kW＠76 ns。

該技術拓展了3μm激光光源，為科研與應用提供了新工具，已在激光牙組織消融上進行了實驗，取得了較好的效果。相關研究成果已發(fā)表在國際學術期刊Infrared Physics ＆ Technology上。

新型聲子激光器可用于量子物理研究

據(jù)外媒報道，來自羅徹斯特理工學院（RIT）和羅徹斯特大學的研究人員，通過諾貝爾獎獲得者Arthur Ashkin發(fā)明的激光鑷技術，開發(fā)出了一種新型聲子激光器。

基于二氧化硅的納米球在真空下懸浮在光學鑷子中的質(zhì)心振蕩，研究人員演示了一種介觀頻率可調(diào)諧聲子激光器。這種聲子激光器可用于單電子、液滴、甚至是小型生物有機體。

在標準光學激光器中，光輸出的特性由生產(chǎn)該激光器的材料控制。但是在這種聲子激光器中，材料粒子的運動受光學反饋的控制。與此同時，這種聲子激光還可以為中尺度聲子的相干源提供通路，進而可應用于解決量子力學以及精密計量應用中的基本問題。

對于使用該設備探索基礎量子物理學有著極大興趣的Mishkat Bhattacharya教授表示：“我們非常高興能看到這種設備的各種新用途，特別是對于傳感和信息處理而言，因為光學激光器具備眾多應用，并且還在不斷發(fā)展。”

他們的研究成果發(fā)表在《Nature Photonics》上。

美國研發(fā)出光鑷聲子激光器

近日，美國羅切斯特理工學院（RIT）與羅切斯特大學合作，利用阿什金發(fā)明的光鑷技術，創(chuàng)造了一種利用光懸浮納米粒子的聲子激光器——光鑷聲子激光器。

聲子是與聲波及光鑷相關的能量量子，它可以孤立地測試量子效應的極限，并消除周圍環(huán)境的物理干擾。研究人員研究了納米粒子的機械振動，這種粒子可在激光束焦點處的輻射力作用下在重力作用下懸浮。

羅徹斯特理工學院物理學副教授、理論量子光學研究員米什卡特·巴塔查里亞（Mishkat Bhattacharya）介紹，通過檢測納米粒子散射的光來測量納米粒子的位置，并將這些信息反饋到鑷子光束中，這樣我們就可以創(chuàng)造出類似激光的情況。機械振動變得很強烈，并且完全同步，就像從光學激光器發(fā)出的電磁波一樣。

激光束發(fā)出的波是同步的，所以光束可以傳播很遠而不會向四面八方擴散，這與太陽光或燈泡發(fā)出的光不同。在標準的光學激光器中，光輸出的特性是由制造激光器的材料控制的。而在聲子激光器中，光和物質(zhì)的作用是相反的——物質(zhì)粒子的運動是由光反饋控制。

巴塔查里亞表示，這一裝置具有廣泛的應用前景，特別是在光學激光有如此多的應用場景，如在傳感和信息處理方面的應用，并且其應用前景仍在不斷拓展。

全新激光鈍化方法

提高了前沿LED的效率

據(jù)外媒報道，來自美國海軍研究實驗室（簡稱NRL）的科學家們發(fā)現(xiàn)了一種新方法來鈍化下一代單層光學材料缺陷，以提高光學質(zhì)量，并實現(xiàn)單層LED和其他光學元件的小型化。

NRL的科學家開發(fā)的這種激光加工技術，可極大地改善單層二硫化鉬（MoS2）的光學性質(zhì)，而二硫化鉬也是一種具有高空間分辨率的直接間隙半導體；這種工藝可將激光束寫入?yún)^(qū)域的材料的光發(fā)射效率提高200倍。所產(chǎn)生的鈍化層在空氣和真空中是穩(wěn)定的。

此次研究人員之一的Saujan Sivaram表示：“從化學角度來看，我們發(fā)現(xiàn)了一種使用激光和水分子的全新光催化反應；從一般的角度來看，這項工作可以將高質(zhì)量、具備光學活性的原子級薄材料集成到各種應用中，如電子、電催化劑、存儲器和量子計算應用等。”

Sivaram指出，由于其高光吸收和直接帶隙等特性，原子級薄的過渡性金屬雙硫?qū)倩�合物（TMD），如二硫化鉬（MoS2）等，對于柔性器件、太陽能電池和光電傳感器等而言用處極大。他表示：“對于那些重量和柔性等非常重要的應用而言，這些半導體材料尤其具有優(yōu)勢。不幸的是，它們的光學性質(zhì)通常是極其易變和不均勻的，因此改善和控制這些TMD材料的光學性質(zhì)以實現(xiàn)可靠的高效器件變得非常重要。缺陷往往會破壞這些單層半導體的發(fā)光能力。這些缺陷是非輻射狀態(tài)，產(chǎn)生的是熱量而不是光，因此，去除或鈍化這些缺陷是朝著高效光電器件邁出的重要一步。”

在一個傳統(tǒng)的LED中，大約90%都是用來改善冷卻效果的散熱器。缺陷減少之后，尺寸更小的設備將消耗更少功率，從而使分布式傳感器和低功率電子設備的使用壽命更長。

研究人員證明，僅在暴露于能量高于TMD帶隙的激光下時，水分子才能使MoS2鈍化。產(chǎn)生的結(jié)果是光致發(fā)光增加而沒有光譜偏移。與為經(jīng)過水分子鈍化處理的區(qū)域相比，經(jīng)過處理的區(qū)域保持了強烈的光發(fā)射。這也說明了環(huán)境氣體分子和MoS2之間的化學反應是由激光導致的。

合肥工業(yè)大學研發(fā)

新型激光熱源空間調(diào)制技術

合肥工業(yè)大學儀器科學與光電工程學院盧榮勝教授科研團隊提出了一種全新的激光熱源空間調(diào)制技術，實現(xiàn)了光學材料激光誘導光熱檢測靈敏度和效率的大幅提升。

大型強激光和激光核聚變研究對提高綜合國力具有重要意義。由于激光能量極高，系統(tǒng)元器件對光學材料品質(zhì)要求極其苛刻，而對相關設備中大量光學材料的光學吸收和熱物特性進行檢測，是其關鍵技術之一。

目前，我國相關科研裝置采用的激光誘導光熱檢測技術，通過對泵浦激光能量的時間調(diào)制引發(fā)材料周期性局部溫升，測量相應的周期性熱彈性形變對探測激光的調(diào)制幅度，獲取并提升檢測信號。然而，由于強激光系統(tǒng)中的光學材料極小的光學吸收和熱膨脹系數(shù)，材料的局部溫差和熱彈性形變幅度較小，限制了光熱檢測靈敏度。而對大尺寸元器件逐點檢測需耗費大量時間，其使用效率極低。

盧榮勝教授科研團隊研究發(fā)現(xiàn)，當激光熱源在被測材料表面勻速運動時，材料的加熱可分為瞬態(tài)和準穩(wěn)態(tài)兩個過程，在準穩(wěn)態(tài)加熱過程中的熱累積效應提高了材料當前被輻照點的溫度峰值，在一定的冷卻時間后，被輻照過的點將冷卻至環(huán)境溫度，從而獲得溫度谷值。由于峰值和谷值差異較大，從而大幅提高輻照點的局部溫差和熱彈性形變，實現(xiàn)高靈敏度的光熱檢測。

團隊成員、論文第一作者董敬濤講師表示，這一成果成功克服了現(xiàn)有基于時間調(diào)制的激光誘導光熱檢測技術產(chǎn)生的光學材料局部溫差和熱彈性形變幅度較小的問題。

科研團隊針對熔融石英樣品的實驗結(jié)果表明，在相同的實驗條件下，這一新型調(diào)制方法的靈敏度是現(xiàn)有方法的1.8倍，且可以捕捉到現(xiàn)有方法無法檢測到的微弱吸收缺陷。同時，這一技術可以實現(xiàn)飛行測量，從而大幅提升大尺寸元器件的檢測效率。

相關研究成果已發(fā)表在應用物理類國際權(quán)威學術期刊《應用物理快報》上。

激光刺激結(jié)合磁共振功能成像

繪制大腦信息傳遞“交通圖”

近日，浙江大學系統(tǒng)神經(jīng)與認知科學研究所王菁教授團隊研發(fā)出一種繪制大腦信息傳遞“交通圖”的新方法，首次在活體腦中“看”清了亞毫米級的腦網(wǎng)絡。

據(jù)王菁介紹，靈長類動物的大腦皮層中信息處理單元呈現(xiàn)柱狀結(jié)構(gòu)，大腦由這些功能柱整齊排布而成。如果將大腦中不同的功能柱理解為一座座不同功能的“大廈”，神經(jīng)連接就像“信息公路”將它們連接成網(wǎng)絡�；�于大腦網(wǎng)絡，信息從感覺器官輸入，在腦內(nèi)傳遞和處理，最終產(chǎn)生記憶、情緒和行為。“因此理解大腦需要掌握大腦的‘交通圖’。”

研究團隊發(fā)明的新技術結(jié)合了激光刺激和磁共振功能成像，在1小時至2小時的掃描中即可獲得腦網(wǎng)絡的初步結(jié)果，更快速、更系統(tǒng)、更清晰地繪制出大腦的“交通圖”，方便了研究全腦尺度各腦區(qū)的響應程度，從而了解信息的傳遞路徑。

浙江大學系統(tǒng)神經(jīng)與認知科學研究所研究助理、論文第一作者徐國華表示，“如果把大腦信息的傳送看作是寄快遞，現(xiàn)在我們的方法，已能夠詳細定位包裹發(fā)出和抵達的街道、樓層。”

“該方法可以被用于系統(tǒng)性地逐個刺激大腦皮層功能柱，從而全面地描繪靈長類亞毫米水平的神經(jīng)連接組。”王菁介紹，這項新技術將為繪制高分辨率功能柱的全腦網(wǎng)絡圖奠定基礎，推動大規(guī)模全腦功能網(wǎng)絡研究。

相關研究成果已發(fā)表在《科學·進展》雜志上。

上海光機所使用飛秒激光器

重構(gòu)太赫茲超表面實施方案

近日，中科院上海光機所信息光學與光電技術實驗室司徒國海研究員課題組與首都師范大學物理系張巖教授課題組合作提出可重構(gòu)的太赫茲超表面實施方案。該技術方案在太赫茲波段實現(xiàn)了任意、快速、精準的波前，為可重構(gòu)超表面的發(fā)展提供了新的思路和實驗驗證。

超表面是由一系列人工設計的亞波長天線組成的平面結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)光學元件相比，擁有超細、超薄并能實現(xiàn)精確、任意波前調(diào)制的優(yōu)點，在光學互連、集成光學、微納光學等方面具有重要應用。但如何實現(xiàn)其動態(tài)可調(diào)性仍是目前所面臨的主要挑戰(zhàn)。

研究團隊使用高強度飛秒激光器，基于光電導效應，將圖案投射到硅片上產(chǎn)生超表面效應，以調(diào)制太赫茲脈沖。太赫茲的輸出隨投影圖案的改變而發(fā)生相應的變化，從而實現(xiàn)光控可重構(gòu)太赫茲超表面。用光照射半導體硅片時，產(chǎn)生載流子并導致電導率增加。當電導率上升到某個值時，被照射區(qū)域可視為金屬或弱金屬化材料。由于金屬結(jié)構(gòu)常用于超表面，故圖案化的光照半導體可實現(xiàn)類似的功能；當撤去照明光時，載流子迅速復合到初始狀態(tài)。

該方案可以實現(xiàn)超表面的擦除和重寫，并且具有三大優(yōu)勢：一、結(jié)構(gòu)簡單，只需一片極薄硅片（10μm）；二、操作簡便，通過控制光照便可實現(xiàn)任意調(diào)制轉(zhuǎn)換；三、調(diào)制速度高，每秒可達4000幀。該方案可用于實時成像、光學開關、產(chǎn)生非線性效應的時變材料、信息處理、顯微鏡的逐點掃描、自適應光學等領域。

相關成果已發(fā)表在7, 1801696（2019）］上。

上海光機所超強激光驅(qū)動

等離子體結(jié)構(gòu)靶取得進展

近期，上海光機所強場激光物理國家重點實驗室在超強激光與等離子體結(jié)構(gòu)靶相互作用的研究中取得了重要進展，首次提出等離子體中的粒子角動量振蕩效應。

拉蓋爾－高斯光束具有螺旋等相位面和中心相位奇點，從而攜帶一定的軌道角動量。光的軌道角動量廣泛應用于光學微操縱、量子糾纏、光學通信、天體物理等領域。近年來，隨著CPA技術將激光發(fā)提升到相對論強度，超強拉蓋爾－高斯光束也具備了極高的軌道角動量密度。螺旋相位板是一種光學厚度隨方位角螺旋上升的結(jié)構(gòu)靶，可對入射的高斯光束進行相位調(diào)制，利用等離子體螺旋相位板就可以產(chǎn)生超強拉蓋爾－高斯光束。當超強拉蓋爾－高斯光束與等離子體相互作用時，會產(chǎn)生許多新的物理效應。

該研究中，上海光機所科研人員將一束相對論強度的線偏振高斯光束正入射到兩個系列的等離子體螺旋相位板上。每個系列的螺旋相位板都能產(chǎn)生一定拓撲荷的拉蓋爾－高斯光束。其中一個系列的螺旋相位板的厚度隨方位角單調(diào)上升（稱為SPF），而另一個系列的厚度隨方位角重復了多個周期（稱為MPF）。研究人員觀察到，在相互作用時，SPF中的粒子角動量會隨著時間而振蕩，而MPF卻無此現(xiàn)象。理論分析發(fā)現(xiàn)，角動量振蕩效應由結(jié)構(gòu)靶表面的非對稱電場產(chǎn)生，并且通過調(diào)整結(jié)構(gòu)靶的表面結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)粒子角動量振蕩幅度的增強或減弱。螺旋相位板在振蕩過程中也會獲得一定的凈角動量，這表明高斯光束與結(jié)構(gòu)靶的相互作用可以對靶內(nèi)粒子進行角向加速。并且產(chǎn)生的拉蓋爾－高斯光束的拓撲荷越大，角向加速的效果就越明顯。

這一研究成果對激光加速粒子提供了新的物理機制和研究思路，對涉及粒子加速的諸多領域都具有重要的指導意義。

相關研究成果發(fā)表在［New Journal of Physics 21， 043022 （2019）］上。